DE3931398A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schnee - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrich­ tungen zur Herstellung von Schnee, insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Schnee mit Druckluft mit relativ niedrigem Druck.

Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Schnee sind allgemein in zwei unterschiedliche Gruppen zu unterteilen, die sogenannten "Luft"- und die "Luftlosen"-Verfahren. Bei dem ersteren wird Preßluft oder Druckluft üblicherweise mit relativ hohem Luftdruck verwendet, um Wasser in Tröpfchen zu zerstäuben und die Tröpfchen bei Gefriertemperaturen in Luft zu dispergieren. Bei dem zuletzt genannten Verfahren wird keine Preßluft sondern stattdessen ein Gebläse verwen­ det, um die Wassertröpfchen in der Luft zu dispergieren, um so Schnee herzustellen.

Typische "Luft"- und "Luftlose"- Vorrichtungen zum Herstellen von Schnee sind jeweils durch die US-PS 26 76 471 und US-PS 29 68 164 bekannt.

Wegen der Unterschiede bei der Steuerung der Zerstäubung von Wasser in Tröpfchen, des Antriebs und der Eiskörnchen- Erzeugung haben die Luft- und Luftlosen-Vorrichtungen zum Herstellen von Schnee unterschiedliche Operationeigenschaf­ ten bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Die Vor­ richtungen, die ohne Luft arbeiten, benötigen niedrigere Temperaturen, d.h. unter ungefähr -4,4°C.

Die mit Luft arbeitenden Vorrichtungen zum Herstellen von Schnee haben bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt des Wassers operative Vorteile und haben bei tieferen Temperaturen jedoch Nachteile, da ihre im allgemeinen fest­ stehende Mischdüse die Menge der Luft begrenzt, die mit dem Wasser vermischt werden kann. Zusätzlich haben diese mit Luft betriebenen Vorrichtungen bei der Verwendung draußen den Nachteil, daß sie relativ hohe Luftdrucke bis zu 100 psig und mehr benötigen, die notwendig sind, um das Wasser bis zu einem ausreichenden Grad zu zerstäuben. Die Verwen­ dung der Hochdruckluft ist bei der Schneeherstellung ziem­ lich kostenaufwendig und uneffizient.

Angesichts dieser und anderer Nachteile des Standes der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem über wirksamen Einsatz von Druckluft mit niederem Druck Schnee hergestellt werden kann, das in einem weiten Temperatur­ bereich, insbesondere bei für die Schneeherstellung hoch­ wriksamen Temperaturen, effizient arbeitet, mit einer maxi­ malen Kontrolle über alle Betriebsparameter, einer maxima­ len Kühl- und Antriebs-Übertragung während der Wasserzer­ stäubung, wobei die Vermischung von Wasser und Luft in zwei Stufen stattfindet; einer umgekehrten Strahlpumpwirkung, um eine bessere Luft/Wasser-Vermischung zu bewirken, und einem verringerten Geräuschpegel, damit das Gerät auch in Wohnge­ bieten einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah­ ren zum Herstellen von Schnee, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Druckluftstrom mit niederem Druck im Bereich von ungefähr 30 psi erzeugt wird; ein Druckwasserstrom er­ zeugt wird; der Luftstrom und der Wasserstrom so kombiniert werden, daß ein erster Strom eines Gemisches aus Luft und Wasser erzeugt wird; danach ein Teil Luft aus einer Quelle von Luft mit Umgebungstemperatur in den ersten Strom ange­ saugt und mit diesem vermischt wird, um einen zweiten Strom eines Gemisches aus Luft und Wasser zu bilden; und Disper­ gieren des zweiten Stromes in die Luft, um das Wasser zu gefrieren und Schnee zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet der Prozeß einen zentralen Was­ serstrom mit einem Eingangsdruck von wenigsten 300 psig und einem diesen umgebenden ringförmigen Luftstrom mit einem Druck von 30 psig, um das erste Gemisch koaxial zu kombi­ nieren und zu erzeugen, indem der Luftstrom mit der größe­ ren Geschwindigkeit mit dem Wasserstrom gekoppelt wird und auf diesen Geschwindigkeit überträgt. Die Umgebungsluft bei Gefriertemperatur und niedrigem Druck hat vorzugsweise höchstens 4 bis 6 psig Druck und vorzugsweise atmosphäri­ schen Druck.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Vorrichtung zum Herstellen von Schnee einen ersten Durchgang zum Anschließen an eine Druckluftquelle, um einen Luftstrom zu erzeugen; einen zweiten Durchgang zum An­ schließen an eine Druckwasserquelle, um einen Wasserstrom zu erzeugen; eine Mischeinrichtung, die an die ersten und zweiten Durchgänge angeschlossen ist, um den Luftstrom mit dem Wasserstrom zu kombinieren und den ersten Wasser/Luft- Gemischstrom zu erzeugen; eine Einrichtung, die an die Mischeinrichtung angeschlossen ist, um einen Teil Luft aus einer Niederdruckquelle mit Umgebungstemperatur in den er­ sten Strom anzusaugen und mit diesem zu vermischen, um einen zweiten Strom eines Luft/Wasser-Gemisches zu erzeu­ gen, und Mittel zum Dispergieren des zweiten Stroms in die Gefriertemperatur aufweisende Umgebungsluft, um das Wasser des zweiten Stroms zu gefrieren und Schnee zu erzeugen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der zweite Durchgang für Wasser im allgemeinen zentral angeord­ net und hat eine einstellbare Ausgangsöffnung für Wasser, der zweite Durchgang ist ringförmig und umgibt den zweiten Durchgang, so daß die Mischeinrichtung den Luft- und Was­ serstrom koaxial miteinander kombiniert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein die Kristallisationskernbildung förderndes Agens, um das Gefrieren des Wassers in dem zweiten Strom zu begünsti­ gen, und eine Kristallisationskernbildungseinrichtung ver­ wendet, um die Eiskristalle dem zweiten Strom zuzusetzen, mit einem zentralen Wasserdurchgang mit einer einstellbaren Ausgangsöffnung zum Erzeugen eines Druckwasserstroms und mit einem ringförmigen Durchgang, der den Wasserdurchgang umgibt, um einen ringförmigen Druckluftstrom zu erzeugen, der mit dem Wasser ausreichend vermischt und dieses abküh­ len soll, um die Eiskristallkerne zu bilden.

Ausführungesformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Vorrichtung zum Herstellen von Schnee gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht mit entfern­ tem Gehäuse;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt der Nadelventilan­ ordnung, die bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 ver­ wendet wird;

Fig. 4 eine Kristallisationskernkanone, die bei der Vor­ richtung zum Herstellen von Schnee gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann in einer Seitenansicht im Schnitt;

Fig. 5 eine andere Kristallisationskernkanone, die bei der Vorrichtung zum Herstellen von Schnee gemäß der vorlie­ genden Erfindung verwendet werden kann, in einer Seitenan­ sicht im Schnitt;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der in der Fig. 1 ge­ zeigten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 7 eine modifizierte Ausführungsform der Ausführungs­ form gemäß Fig. 6 in einer Draufsicht.

In den Fig. 1 und 2 ist eine prinzipielle Ausführungs­ form der Vorrichtung 10 zum Herstellen von Schnee gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie im einzelnen aus der Fig. 1 zu ersehen ist, enthält das Gerätegehäuse 12 einen Wassereinlaß 14 für Druckwasser und eine Luftarmatur 16, die mit einer Druckluftquelle verbunden sind kann. Der Wassereingang 14 führt direkt zu dem Körper 22 der ersten Mischstufe des Gerätes. Die Lufteingangsarmatur 16 ist über Leitungen mit einem Ventil 76 verbunden, welches mit einem Handgriff 78 zum Einstellen des Stroms der Druckluft auf­ weist. Unterhalb des Ventils 76 befindet sich ein T-An­ schluß 20, der zwei Arme einer Luftleitung 18 versorgt, die jeweils in den im allgemeinen zylindrischen Körper 22 der ersten Mischstufe an einander gegenüberliegenden Seite füh­ ren. Ein Luftdruckmesser 74 zeigt den Luftdruck an der Ein­ gangsarmatur 16 an.

Um zu bewirken, daß in einem Druckwasserstrom die Schnee­ herstellung ausgelöst wird, ist der Wassereinlaß 14 an eine Druckwasserquelle (nicht dargestellt) angeschlossen und führt in die zylindrische Kammer 68 (Fig. 2) innerhalb des Körpers 22 der ersten Mischstufe, wo er in einem geeigneten Ventil 24 endet. Das Ventil 24 ist als ein Nadelventil dar­ gestellt, welches einen Wasserstrom in Pfeilrichtung 29 durch die Mündung 26 der ersten Mischstufe und koaxial in das Rohr 30 der ersten Mischstufe ausstößt.

Wie im einzelnen in der Fig. 3 dargestellt besteht der Was­ sereinlaß 14 aus einem geraden Rohr mit einer externen Was­ sereingangsarmatur 50 und einem externen Einstellknopf 62, um den Wasserstrom hierdurch einstellen zu können.

Das Nadelventil 24 hat an dem Rohrausgang eine konische ge­ formte Mündung 52 die eine Anpassung an eine kreisförmige Öffnung 53 bildet und durch die ein koaxialer Nadelschaft 54 ragt, der mit einer Nadelspitze 56 endet. Der Schaft 54 hat einen Gewindeteil 60 und ist durch Drehen des zugehöri­ gen Einstellknopfes 62 in Längsrichtung einstellbar, so daß die Nadelspitze 56 in der Nadelventilmündung 52 und der Öffnung 53 ein- und auswärts bewegt werden kann. Die Ver­ stellung der Nadelspitze 56 in und aus der Öffnung 53 her­ aus führt jeweils zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Fläche der ringförmigen Öffnung 58, durch die der Hoch­ geschwindigkeitsstrom der Druckwasserteilchen austritt. Diese Ventilart mit einer kontinuierlich einstellbaren und variablen ringförmigen Wasserausgangsöffnung wird für die Verwendung in der ersten Stufe der Schneeherstell-Vorrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, da die Wassserströmungsgeschwindigkeit durch diese leicht ohne merkliche Beeinflussung des Wasserdruckes und seiner Trieb­ kraft gesteuert werden kann. Dieses bevorzugte Ventil steht im Gegensatz zu anderen Ventilarten, bei denen der Wasser­ strom durch Verringern des Wasserdruckes oberhalb der Aus­ gangsöffnung, beispielsweise bei Kugel- und Absperr-Venti­ len, gesteuert wird. Wie noch erläutert wird, ist die Er­ haltung der Wassertriebkraft bei der Praxis des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wichtig, um eine hohe Schneeherstelleffizienz zu erzielen.

Zurück zu den Fig. 1 und 2, wird Druckluft aus der Lei­ tung 18 an den einander gegenüberliegenden Seiten der Kam­ mer 68 der ersten Mischstufe erhalten. Eine koaxiale ring­ förmige Öffnung 28, die um das Nadelventil 24 herum ange­ ordnet ist, erzeugt einen ringförmigen Luftstrom in Pfeil­ richtung 25, wenn dieser den Körper 22 der ersten Misch­ stufe passiert und an diesem austritt. Eine gleichmäßig zu­ laufende Mündung 26 bewirkt, daß der Luftstrom 25 mit einem relativ flachen Winkel eingezogen wird und sich mit dem Wasserstrom 29 vermischt, der am Nadelventil 24 ausgestoßen wird. An das Ausgangsende der Körpermündung 26 der ersten Stufe ist ein gerades Rohr 30 der ersten Mischstufe ange­ schlossen und ist koaxial zu dem Nadelventil 24 und der ringförmigen Luftöffnung 28 ausgerichtet. Das Mischrohr 30 erstreckt sind ausgehend von dem ersten Mischstufenkörper 22. Ein bevorzugtes Verhältnis von Länge zu innerem Durch­ messer des Mischrohres 30 beträgt ungefähr 20 : 1. Bekannte Fluid-Techniken haben gezeigt, daß Flüssigausstoß-Gaspumpen ein optimales Durchmesser/Längenverhältnis haben, um eine Mischung von Luft und Wasser zu einem blasigen oder schaum­ förmigem Luft/Wasser-Gemisch zu bewirken. Die Verwendung solcher Techniken bei Schneeherstellgeräten wird als neu angesehen und ist ein prinzipielles Merkmal der ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung. Durch diese Erfin­ dung verwenden die Anmelder eine Technologie, die es er­ laubt, Druckluft dazu zu verwenden, das Wasser zu beschleu­ nigen und zu kühlen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und um ein weiteres Kühlen und Vermischen des ersten Mischstroms aus Luft und Wasser zu erzielen, der am Ende 32 des ersten Mischrohres 30 ausgestoßen wird, und wie in der Zeichnung durch die Fig. 64 dargestellt, ist ein zweiter Mischstu­ fenkörper 34 vorgesehen, der das erste Mischstufenrohrende 32 umgibt. Das ringförmige offene Ende 36 des zweiten Stu­ fenkörpers 34 erlaubt, daß Niederdruckluft beim Gefriertem­ peratur in das Innere des Körpers 34 zugeführt wird. Wo die Umgebungsluft als Quelle der Niederdruckluft in der zweiten Mischstufe verwendet wird, kann das Gehäuse 12 Öffnungen 80 aufweisen, die ein Eintreter der Umgebungsluft in den zwei­ ten Mischstufenkörper 36 ermöglichen. Koaxial zum Mischrohr 30 und an dem Ende gegenüber der Öffnung 36 befindet sind die gleichmäßig zulaufende Mündung 38 des zweiten Misch­ körpers 34, die das erste Luft/Wasser-Gemisch 64 aufnimmt, welches am Mischrohrende 32 ausgestoßen wird. Das Passieren des ersten Stromes 64 durch das Innere des Körpers 34 und in die Mündung 38, bewirkt, daß die Niederdruckluft in Pfeilrichtung 66 in den ersten Strom eingesogen wird.

Wie bei der vorliegenden Ausführungsform dargestellt, be­ trägt der Abstand zwischen dem ersten Mischstufenrohrende 32 und dem Anfang der zweiten Stufenmündung 38 ungefähr das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers des Mischrohres 30. Dieser Trennabstand kann geändert werden, um die Menge der angesaugten Luft zu variieren.

Die zweite Mischstufenkörpermündung 38 führt zu einem gera­ den zweiten Mischstufenrohr 40, welches koaxial zur Mündung 38 und dem ersten Mischstufenrohr 30 ausgerichtet ist. Das zweite Mischstufenrohr 40 hat einen beträchtlich größeren axialen Querschnitt als das erste Mischstufenrohr 30, um den Extrastrom der in der zweiten Stufe in das Luft/Wasser- Gemisch angesaugten Luft aufzunehmen. Das zweite Mischstu­ fenrohr 40 endet an einem Rohrende 42, an dem das zweite Gemisch aus Luft und Wasser in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform und wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des zweiten Mischrohres 40 ungefähr 8 : 1.

Um in den durch die Pfeile 44 angegebenen Luft/Wasserstrom zusätzliche Eiskerne einzuleiten, ist eine Schneekristall­ kanone 56 (Fig. 1) vorgesehen, die einen Strom aus Schnee­ kristallen in der Pfeilrichtung 48 abgibt, welcher sich mit dem Strom 44 verbindet. Die Schneekristallkanone 56 kann irgendeine geeignete Konstruktion aufweisen.

Die Funktionsweise der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schneeherstellvorrichtung ist wie folgt:

Eine Quelle für Wasser mit einem Druck von wenigstens 300 psig oder mehr ist an den Wassereinlaß 14 über eine Armatur 50 angeschlossen, durch die Wasser in die Schneeherstell­ vorrichtung geleitet wird. Eine Druckluftquelle, vorzugs­ weise bis zu 30 psig und vorzugsweise mit einem Druck von 20 bis 25 psig, wird über eine Armatur 16 an das Gerät 10 angeschlossen. Das Druckwasser wird an einem Nadelventil 24 in Pfeilrichtung 29 ausgestoßen und mit dem ringförmigen Druckluftstrom (Pfeilrichtung 25) vermischt, wenn Luft und Wasser in die erste Stufenmündung 26 gelangen. Der Luft­ strom 25 hat vorzugsweise eine höhere Geschwindigkeit als der Wasserstrom 29. Bei einem Versuch wurde Luft mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 243,68 m/sec. mit Wasser mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3,96 m/sec. gemischt, wobei das Gemisch beschleunigt und gekühlt wurde. Die Ausdehnung der Druckluft bei der Kombination mit dem am Nadelventil ausgestoßenen Wasser wirkt so, daß ein schaumi­ ges oder Blasengemisch aus Luft und Wasser als erster Ge­ mischstrom durch das erste Mischstufenrohr 30 erzeugt wird. Zusätzlich zum Erzeugen dieses blasigen Gemisches wirkt die Expansion der Druckluft auch weiter dazu, das Wasser zu kühlen.

Der Strom des ersten blasigen Luft/Wasser-Gemisches durch das erste Mischstufenrohr 30 sollte dazu ausreichen, Was­ sertröpfchen und/oder in Wasser suspendierte Luftblasen zu bilden. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des ersten Mischstufen-Rohr, in dem dieses erste Gemisch aus Luft und Wasser gebildet wird, beträgt vorzugsweise 10 : 1 bis unge­ fähr 40 : 1, wobei die höheren Verhältnisse erforderlich sind, um die Vermischung bis zu einem größeren Ausmaß zu erzeugen. Die Verwendung eines derartig langen Rohres er­ zeugt ein schaumiges, blasiges Gemisch aus Niederdruckluft mit Hochdruckwasser und es wird davon ausgegangen, daß die­ ser Vorgang bei Schneeherstellvorrichtungen neu ist.

Es wurde herausgefunden, daß eine zweite Stufe der Vorrich­ tung den Schneeherstellvorgang bei höheren Umgebungstempe­ raturen begünstigt. Wenn das erste Gemisch aus Luft und Wasser am Ende 32 des ersten Mischstufenrohres 30 ausge­ stoßen wird, wird es in einer zweiten Stufe durch eine Nie­ derdruckluft mit Umgebungstemperatur (im allgemeinen unter oder gleich 0°C) geleitet und dieser ausgesetzt. Die Luft in der zweiten Stufe hat anfänglich einen Druck, der nied­ riger als der ist, der bei der Druckluft in der ersten Stufe vorhanden ist. Wie hier verwendet beinhaltet der Be­ griff "Niederdruckluft" auch Atmosphärendruck von 0 psig. Bei der bevorzugten Ausführungsform wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird Umgebungsluft mit der Umge­ bungsgefriertemperatur aus der Umgebung über die Öffnung 80 im Gehäuse 12 und das offene Ende 36 in die zweite Misch­ kammer 34 geleitet. Das Ausstoßen des ersten Gemisches aus Luft und Wasser am Rohrende 32 in die zweite Mischmündung 38 erzeugt einen "Spritzpump"-Effekt, bei dem die Nieder­ druckluft der zweiten Stufe vom ersten Luft/Wasser-Gemisch angesaugt und mit diesem vermischt wird. Die gleichmäßigen Konturen der zweiten Stufenmündung 38 erzeugen ein gleich­ mäßiges Gemisch per Niederdruckluft der zweiten Stufe mit dem ersten Gemisch aus Luft und Wasser, und bilden ein zweites Gemisch aus Luft und Wasser, welches das zweite Mischstufen-Rohr 40 passiert. Dieses zweite Stufengemisch aus Luft und Wasser hat in der Expansion der Druckluft in der ersten Stufe und dem Zusatz von Niederdruckluft in der zweiten Stufe einen niedrigeren Druck als das erste Stufen­ gemisch.

Die Kombination von fortlaufender Expansion der Druckluft des ersten Stufengemisches und dem Ansaugen von Nieder­ druckluft bei Umgebungstemperatur kühlt das zweite Luft/Wasser-Gemisch auf eine niedrigere Temperatur ab, als die des ersten Gemisches ist, und begünstigt weiterhin die Ausbildung von Wassertropfen in dem Gemisch. Die Bedingun­ gen in dieser zweiten Stufe können so sein, daß aus diesen Wassertröpfchen Einskristallkerne gebildet werden. Der große Querschnitt des zweiten Mischstufenrohres 40 nimmt das in der zweiten Mischstufe zugesetzte Mischvolumen auf. Das bevorzugte Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser dieser zweiten Stufe beschränkt auf das Mischrohr beträgt ungefähr 8 : 1, was im allgemeinen eine ausreichende Menge ist, um das Mischen zu beenden, jedoch nicht so lang ist, daß nicht mehr akzeptierbare Reibungsverluste auftreten.

Da das zweite Gemisch an der Schneeherstellvorrichtung 10 am zweiten Mischrohrende 42 in Richtung 44 austritt, werden aus einer Schneekanone 46 in der Richtung 48 Eiskristall­ kerne zugesetzt. Diese Eiskristallkerne addieren sich zu den wie auch immer gearteten Eiskristallkernen, die bereits in dem ausgestoßenen zweiten Gemisch vorhanden sind, und bilden Ansatzstellen für das Gefrieren von im wesentlichen allen Wassertröpfchen in dem ausgestoßenen Gemisch 44. Der Winkel des Eiskristallstroms bezogen auf den an der Schnee­ kanone 10 ausgestoßenen zweiten Gemischstromes hat sich bei der Herstellung von Schnee nicht als kritisch erwiesen.

Während die meisten der typischen Schneekanonen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vergleichs­ weise Druckluft mit höherem Druck als die Schneeherstell­ vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, verwenden sie nur einen kleinen Teil der Luftmenge, der bei der Schneekanone 10 verwendet wird, und daraus folgt, daß der Deckungsgrad der vorliegenden Erfindung nicht weiter beeinträchtigt wird.

Wie aus der vorstehend beschriebenen Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ersehen ist, wird für die Her­ stellung der Eiskristallkerne und die anfängliche Zerstreu­ ung und Verteilung der gefrorenen Wassertröpfchen eine Druckluft mit relativ niedrigem Druck verwendet. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad und niedrigeren Kosten bei dem Verfahren und der Verteilung einer derartigen Nie­ derdruck-Druckluft bei der Installation im Freien. Das Hochdruckwasser wird zur Herstellung einer breiten Vertei­ lung von Wassertröpfchengrößen verwendet und um einen Strom aus kühler Umgebungsluft zu induzieren, in den die Eiskri­ stallkerne und Wassertröpfchen für das anfängliche Gefrie­ ren gemischt werden. Nach einer geeigneten Abkühldauer in der zweiten Stufe und nach dem Ausstoßen an der Schneeka­ none kann für das darauffolgende Verdampfungs- und Übertra­ gungs-Gefrieren der Wassertröpfchen eine zweidimensionale oder axialsymmetrische Wassersäule erzeugt werden.

Die sorgfältige Kopplung der Expansion des Druckluftstroms und das Ausstoßen des Wasserstroms in der ersten koaxialen Mischstufe erlaubt eine maximale Ausnutzung der Druckluft, wodurch ein Maximum an lokaler und anfänglicher Kühlung zu­ sammen mit der größten Triebkraftübertragung auf die Was­ sertröpfchen erzielt werden kann. Die vorliegende Erfindung verwendet in der ersten Stufe Druckluft mit einem relativ niedrigem Druck, der jedoch so groß ist, daß ein merkbarer Anfangskühleffekt und eine Antriebskraftübertragung auf die Wassertröpfchen erzielt werden kann. Die Erzeugung eines Blasengemisches in dem ersten Mischstufenrohr ist ein neues Merkmal der vorliegenden Vorrichtung, worauf eine weitere Expansion in einer zweiten Stufe erfolgen kann, wo Nieder­ druckluft bei Gefriertemperatur ein Niedertemperaturbad er­ zeugt, in dem die Wassertröpfchen schnell unter 0°C ange­ kühlt werden. Zusätzlich führt die koaxiale Ausrichtung der Luft- und Wassermischung in den beiden ersten und zweiten Stufen und durch das Ausstoßen an der Schneeherstellvor­ richtung zu einem maximalen Antriebskrafterhalt und einem minimalen Energieverlust in Folge von Richtungsänderungen der Bestandteile Luft und Wasser.

Zwei zweckmäßige Ausführungsformen der Schneekristallkern­ erzeuger 46 werden in den Fig. 4 und 5 dargestellt. In der Fig. 4 ist eine erste Schneekristallkanone 46a gezeigt, bestehend aus einem Körper 52, der jeweils mit Wasser- und Luft-Armaturen 84 und 86 verbunden ist. Die Wasserarmatur 84 führt zu einer mittleren Bohrung 87, die trichterförmig in eine konische Mündung 88 führt und in einer kreisförmi­ gen Wasserausgangsöffnung 90 endet. Ein Nadelventil steuert den Wasserstrom durch die Öffnung 90 und besteht aus einem Nadelventilschaft 92, der in einer konischen Spitze 94 en­ det, die sich in die trichterförmige Mündung 88 erstreckt. Der Nadelventilschaft 92 ist in der Längsrichtung innerhalb der Bohrung 87 entlang dem Gewindebereich 96 durch Drehen des daran befindlichen Einstellknopfes 98 bewegbar, um die Öffnungsfläche zwischen Spitze 94 und Mündung 88 zu variie­ ren und den hindurchgehenden Wasserstrom zu steuern.

Der Schneekristallkanone 46a wird über eine Luftarmatur 86 Druckluft zugeführt, die in eine ringförmige Kammer 100 führt, welche die außenkonisch geformte Fläche der Na­ delventilmündung 88 und Öffnung 90 umgibt. Relativ zum Kör­ per 52 ist durch Drehen entlang der Gewindegänge 106 ein Kristallkernbilder-Kopf 104 in Längsrichtung einstellbar. Die Ausgangsöffnung des Kristallkernbilder-Kopfes 104 hat eine zulaufende konisch geformte Fläche 106, die komplemen­ tär zur äußeren konischen Fläche 102 des Wassernadelventils liegt und eine fortlaufend einstellbare ringförmige Öffnung für den Durchgang von Druckluft erzeugt, die die Wasseraus­ gangsöffnung oder Öffnung 90 umgibt.

Die Druckluft, die einen Normaldruck von ungefähr 80 bis 120 psig hat, bildet einen ringförmigen Strom, der koaxial zuläuft und sich mit dem zentralen Wasserstrom vermischt, der an der Wasseröffnung 90 ausgestoßen wird. Dieser ring­ förmige Hochdruckluftstrom bewirkt ein Aufbrechen des Was­ serstroms zu Wassertröpfchen und durch die Expansion der Luft werden die Wassertröpfchen abgekühlt, um Eiskristalle zu bilden. Diese Eiskristalle können dann als Kerne in dem an der Schneeherstell-Vorrichtung 10 austretenden Luft/Wasser-Mischung verwendet werden, um Schnee zu bilden.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform, wie in der Fig. 5 dargestellt, hat der Kristallisationskernbilder 46b einen ähnliche Körper 82 und jeweils Wasser- und Luft-Ein­ gangsarmaturen 84 und 86. Ein Nadelventilschaft 92, der ebenfalls in einer mittleren Bohrung 87 durch Drehen eines Einstellknopfes 98 in Längsrichtung einstellbar ist, endet in einem konisch größer werdend geformten Element 108, wel­ ches einer konisch größer werdenden Öffnung 110 im Ventil­ körper 82 entspricht und bildet zwischen diesen beiden eine einstellbare ringförmige Öffnung. Der Wasserstrom, der an der Öffnung 110 austritt, ist ringförmig und auseinander­ strebend.

Durch den Luftstrom durch die fortlaufend einstellbare Flä­ che des ringförmigen Durchlasses 100 zwischen der konver­ gierenden konisch geformten äußeren Oberfläche 116, die die Wasseröffnung 110 umgibt und der umgebenden konvergierenden konisch geformten inneren Fläche 114 des einstellbaren Luftkopfes 104 wird ein ringförmiger Luftstrom mit hohem Druck erzeugt.

Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform des Kristallkern­ bilders hat diese zweite Ausführungsform einen zentralen, ringförmig divergierenden Wasserstrom, der mit dem umgeben­ den konvergierenden ringförmigen Druckluftstrom vemischt werden muß, um ein Aufbrechen in Wassertröpfchen und Kühlen bis zum Gefrieren dieser Wassertröpfchen zu Eiskristallen, zu bewirken. Beide Ausführungsformen bilden jedoch eine wirksame koaxiale Vermischung eines zentralen Wasserstroms mit einem umgebenden ringförmigen Luftstrom, um eine maxi­ male Kühlung und Vermischung von Luft und Wasser mit einem Minimum an Antriebskraftverlust weder bei Wasser noch bei Luft zu erzeugen. Die Antriebskraft wird weiterhin dadurch erhalten, indem eine fortlaufend veränderbare ringförmige Öffnung an der Wasserausgangsöffnung verwendet wird, wo­ durch der Wasserstrom ohne merkbare Reduzierung des Was­ serstroms oberhalb der Wasserausgangsöffnung gesteuert wird.

Als nächstes wird auf die Ausführungsform der Erfindung ge­ mäß der Fig. 6 Bezug genommen und aus dieser ist zu erse­ hen, daß die erste Stufe der Schneeherstell-Vorrichtung 10 tatsächlich gemäß Fig. 1 identisch ist, so daß in der Fig. 6 die gleichen Bezugsziffern verwendet sind.

Die alternative Ausführungsform gemäß Fig. 6 zeigt eine zweite Stufe 110 bestehend aus einem im allgemeinen zylin­ drischen Element oder Ausgangsrohr 112, welches an einer kompakten Montageplatte 136 durch irgendwelche geeignete Befestigungselemente 137 befestigt ist, in welches ein Mischrohr 30 um ein kleines Maß 31a ragt; falls gewünscht kann das Mischrohr 30 an der Stirnseite 136a der Platte 136 enden, die in der Tat lediglich den Zylinder 110 ab­ schließt. Eisförmiges Gemisch 64 wird weiterhin mit der Um­ gebungsluft durch Gegenstromansaugung vermischt.

Da das schaumige Gemisch 64 in Pfeilrichtung 114 strömt wird die Luft innerhalb des Rohres 112 mitgerissen und ein­ gemischt, wobei der Druck in der Nähe des Ausgangsendes des Rohres 30 verringert wird und die Umgebungsluft um das Aus­ gangsende 116 des Zylinders 112 und entlang der Innenfläche desselben (siehe Pfeile 119 und 112) in einer Richtung ent­ gegengesetzt zum Hauptstrom 114 angezogen wird. Eine derar­ tige Gegenstrom-Ansaugung von Umgebungsluft zeigt den Vor­ teil einer Vereinfachung der Konstruktion, bei gleichzeiti­ ger Verbesserung der Schneeherstellung mit niederer Druck­ luft, die in der ersten Stufe zugeführt wird, sowie eine verbesserte Funktionsweise des Gerätes bei relativ hohen Umgebungsluftbedingungen. Experimentelle Ergebnisse bestä­ tigen eine derartige verbesserte Schneeherstellung bei Tem­ peraturen in der Nähe von 0°C und der Verwendung von einem Luftdruck von 30 psi. Solche Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser für das Ausgangs­ rohr im Bereich von 3 : 1 maximal liegt, um eine gute Funk­ tionsweise der zweiten Stufe unter Verwendung der Gegen­ stromoperation zu erzielen.

Die Versuche haben außerdem gezeigt, daß der "geschlossene Zylinder" der zweiten Stufe den Gegenstrom-Ansaugeffekt dazu verwenden kann, bei atmosphärischem Druck dem Ausgang des Mischrohres 30 bei einer Vielzahl von Umgebungstempera­ turen Wasser zusetzen kann.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß die Form des Ausgangs­ rohres der zweiten Stufe ebenfalls modifiziert werden kann. Wie aus der Fig. 7 zu ersehen ist, in der alle äußeren Ge­ häuseteile entfernt sind, und entsprechende Bezugsziffern für gemeinsame Teile verwendet worden sind, ist die zweite Stufe des Gerätes 140 allein am Ende des Rohres 30 der er­ sten Stufe befestigt, der geschlossene Zylinder 112 gemäß Fig. 6 kann durch eine modifizierte glockenförmige Kon­ struktion 141 für die zweite Stufe des Gerätes ersetzt wer­ den, dessen kleines Ende an dem Rohr 30 der ersten Stufe befestigt ist.

Die Gegenstromansaugung wie durch die Pfeile 143 darge­ stellt, wird fortgesetzt, die Funktionsweise des Gerätes bei höherer Temperatur wird verbessert und es werden ge­ wisse Luftstrom-Effizienzen gemäß der Testdaten erzielt.

Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der zweiten Stufe kann etwas modifiziert werden, aber ein bevorzugtes Ver­ hältnis scheint bei ungefähr 3 : 1 zu liegen.

Der verbesserte Betrieb einer Schneekanone bei Grenztempe­ raturen nahe 0°C kann dazu dienen die Skisaison zu verlän­ gern. Der Betrieb eines derartigen Gerätes bei niedrigen Luftdrucken, durch den im weiten Umfang die Energiekosten für die Verteilung der Luft auf mehreren Skipisten verrin­ gert wird, kann einen sehr großen ökonomischen Wert für die Betreiber von Skiorten in Gebieten haben, die erfahrungsge­ mäß starke Umgebungstemperaturschwankungen aufweisen.

Wie für den Fachmann zu ersehen ist, sind zahlreiche Verän­ derugen und Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung denkbar.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Herstellen von Schnee gekenn­ zeichnet durch
ein langgestrecktes, im allgemeinen zylindrisches, ge­ schlossenes Mischrohr (30) mit Einlaß- und Ausgangsenden;
Mittel zum Einleiten von Hochdruckwasser in das Einlaßende des Mischrohres koaxial zu diesem;
Mittel zum Einleiten von Luft mit einem Druck niedriger als der Wasserdruck und höher als der atmosphärische Druck in das Einlaßende des Mischrohres in einer Richtung koaxial zum Mischrohr;
wobei Wasser und Luft in dem Rohr vermischt werden und das Gemisch entlang des zylindrischen Mischrohres strömt, wobei das Rohr ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser im Bereich von 10 : 1 bis ungefähr 40 : 1 aufweist; und
Wasser und Luft so vermischt werden, daß sie ein blasiges, schaumförmiges Gemisch bilden, welches in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Mischeinrichtung (22) am Ein­ laßende des Mischrohres (30) befestigt ist, um das Wasser entlang der zentralen Achse des Rohres und die Luft koaxial zum Wasser auszurichten.

3. Vorrichtung zum Herstellen von Schnee gekenn­ zeichnet durch
einen ersten langgestreckten zylindrischen Durchlaß;
Mittel zum Anschließen eines Endes des Durchlasses an eine Druckwasserquelle, um einen Wasserstrom durch den Durchlaß zu erzeugen;
Mittel zum Anschließen des langgestreckten Durchlasses an eine Druckluftquelle, deren Druck niedriger als der der Wasserquelle ist, um einen Luftstrom koaxial zum Wasser­ strom in dem geschlossenen Durchlaß zu erzeugen;
wobei der langgestreckte Durchlaß besteht aus einem Misch­ rohr mit einer Länge im wesentlichen größer als sein Durch­ messer, in dem der Luftstrom und der Wasserstrom kombiniert werde, um das Wasser zu kühlen und ein Mischstrom aus Luft und Wasser zu erzeugen, und einem Element der zweiten Stufe mit einem zylindrischen Ausgang koaxial zum ersten Durch­ laß, das an dessen Ende befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mischeinrichtung ein Ventil (52) mit einer einstellbaren Ausgangsöffnung zum Steuern des Wasserstroms aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luft in der Mischeinrichtung ent­ lang einem ringförmigen Durchlaß koaxial zur Achse des Was­ serstromes in dem Rohr und mit diesem kombiniert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeich­ n e t durch eine zweite Stufe mit einem im allgemeinen zylindrischen Teil, Mittel zum Befestigen der zweiten Stufe an der Auslaßöffnung des Mischrohres, wobei der Ausgangs­ durchmesser des zweiten Stufenelementes größer als der Aus­ gangsdurchmesser des Mischrohres ist und sein Eingangsende im allgemeinen in dichter Weise am Ausgangsende des Misch­ rohres befestigt ist, wodurch eine Gegenstrom-Ansaugung stattfindet, um Luft oder Wasser entlang der Innenwand des zweiten Stufenelementes anzuziehen und danach mit dem im Mischrohr abgegebenen Gemisch zu vermischen und dieses am Ausgangsende des Elementes der zweiten Stufe ausgegebenen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Element der zweiten Stufe vom zy­ lindrischen Ausgangsende bis zum am Mischrohr (30) befe­ stigten Eingangsende im Querschnitt konturiert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wand des Elementes der zweiten Stufe nicht durchlöchert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekenn­ zeichnet daß die Wand des Elementes der zweiten Stufe nicht durchlöchert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des zweiten Elementes ko­ axial zum Ausgang des Mischrohres (30) ist, um einen unun­ terbrochenen Durchlaß für das Wasser/Luft-Gemisch zu erzeu­ gen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang des zweiten Elementes ko­ axial zum Ausgang des Mischrohres (30) ist, um einen unun­ terbrochenen Durchlaß für das Wasser/Luft-Gemisch zu erzeu­ gen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel zum Zusetzen von Eis als Kri­ stallisationskern-Agens dem Ausgangsstrom am zweiten Ele­ ment vorgesehen sind, wobei diese Mittel einen zentralen Wasserdurchlaß aufweisen, der eine einstellbare Ausgangs­ öffnung zum Erzeugen eines Druckwasserstromes und einen ringförmigen Luftdurchlaß, der den Wasserdurchlaß umgibt, zum Erzeugen eines ringförmigen Druckluftstromes aufweist, um Wasser mit Luft zu vermischen und das Wasser zu kühlen, um die kristallisationskernbildenden Eiskristalle zu erzeu­ gen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wasserausgangsöffnung Mittel zum Erzeugen eines konvergierenden Wasserstroms aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wasserausgangsöffnung Mittel zum Erzeugen eines divergierenden Wasserstroms aufweist.

15. Verfahren zum Herstellen von Schnee gekenn­ zeichnet durch die folgenden Stufen:

• a) Ausrichten eines Stromdruckwassers in ein zylindrisches Mischrohr entlang der zylindrischen Achse;
• b) Ausrichten eines Druckluftstroms in das zylindrische Mischrohr koaxial zur zylindrischen Achse;
• c) Kombinieren des Luftstromes und des Wasserstroms, um das Wasser zu kühlen und einen ersten Strom eines Gemisches aus Luft und Wasser in dem Rohr zu erzeugen;
• d) nachfolgendem Ansaugen in einer Richtung entgegenge­ setzt zur Stromrichtung eines Teils einer Luft aus der Um­ gebungsluft in den ersten Strom und Vermischen mit dem sel­ ben, um einen zweiten Strom eines Gemisches aus Luft und Wasser zu erzeugen, wobei der zweite Strom koaxial zum er­ sten Strom liegt; und
• e) Zerstäuben des zweiten Stroms in Atmosphäre bei Ge­ friertemperatur, um das Wasser in dem zweiten Strom zu ge­ frieren und Schnee zu erzeugen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftstrom ein ringförmiger Strom und die Kombinationsstufe eingeleitet wird, in dem der Was­ serstrom von dem ringförmigen Luftstrom umgeben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftstrom von einer Druckluft­ quelle mit einem Druck von maximal ungefähr 30 psig verwen­ det wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegenstromansaugung durch Ausrich­ ten des ersten Strom durch und in ein größeres Rohr der zweiten Stufe erfolgt, um einen Strahlpumpeffekt zu erzeu­ gen.